DE69323517T2

DE69323517T2 - Fräs-, Planfräs- und Polier-Maschine für automatischen Werkzeugwechsel und entsprechende Vorrichtung

Info

Publication number: DE69323517T2
Application number: DE69323517T
Authority: DE
Inventors: Bernard Thibaut
Original assignee: Thibaut SA
Current assignee: Thibaut SA
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1993-09-15
Publication date: 1999-09-09
Anticipated expiration: 2013-09-16
Also published as: JPH06190670A; EP0588713A1; FR2695853A1; ES2130237T3; US5478271A; EP0588713B1; FR2695853B1; DE69323517D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Werkzeugwechselvorrichtung (siehe EP-A-74 452).
Die Erfindung ist insbesondere zum Fräsen, Schleifen und Polieren von Natur- oder Kunststeinen, Betonblöcken, Granit, Marmor und ähnlichen Werkstoffen bestimmt.
Bekannt sind Oberflächenbearbeitungs- und Poliermaschinen mit automatischem Werkzeugwechsel, z. B. von dem Typ, der von der Firma nach französischem Recht THIBAUT unter der Bezeichnung T555 vertrieben wird.
Bei diesem Maschinentyp erfolgt die Kopplung des Werkzeugs in der Drehachse des Werkzeugs in koaxialer Position mit einem Teil, das "Spannzange" genannt wird und zum Spannen und Auswerfen der Konusstangen mit rascher Neigung in einem Spindelkopf durch einen Anziehbolzen dient, während die Positionierung des Werkzeuges durch das Zusammenwirken von Stiften erfolgt, die mit dem Spindelkopf verbunden sind und mit Hülsen zusammenwirken, die mit dem Werkzeug verbunden sind.
Bei diesen bekannten Maschinen ist das zentrale Kopplungsteil kaum sichtbar und wird gleichzeitig mit dem Werkzeug angetrieben: diese Anordnung läßt keine Überwachung der Kopplung des sich drehenden Werkzeuges von außen zu und erfordert eine größere Spindelwelle, damit die mittige Berieselung aufrechterhalten werden kann.
Das Dokument EP 0 074 452 beschreibt eine Verbesserung an den Fräsköpfen mit einem Körper, in den eine sich drehende Werkzeughalterspindel montiert ist. In den Fräskopfkörper ist eine sich drehende und axial unter Einwirkung von Steuerorganen gleitende Muffe montiert, in die die Spindel drehbar montiert ist. Die besagte Muffe enthält Verriegelungsorgane mit Bajonettverschluß, die mit den entsprechenden, am Körper eines Zubehörteils vorgesehenen Verriegelungsorganen zusammenwirken.
Der besagte Körper weist auf seiner Frontseite, am Rand und außerhalb der Muffe Positionier- und Zentriermittel auf, die mit den am Rand des Zubehörkörpers vorgesehenen entsprechenden Mitteln eingesetzt werden können.
Diese bekannte Struktur für die Bearbeitung von Metallen weist nicht die für die Bearbeitung von Steinen oder ähnlichen Werkstoffen erforderliche mechanische Starrheit auf, verschmutzt schnell und gestattet keine ständige Überwachung der einwandfreien Kopplung des Werkzeuges, da die Befestigungsmittel radial unter der aus der Spindel und dem Werkzeughalter bestehenden Montage liegen.
Das Dokument FR 2.107.710 beschreibt eine automatische Wechsel- und Ausrichtungsvorrichtung der Werkzeughaltereinheit, insbesondere der Fräsköpfe mit konischer Fräse am Frässchlitten einer Werkzeugmaschine. In dieser Vorrichtung sind die Befestigungsmittel radial unterhalb und können nicht ständig überwacht werden. Außerdem gestattet die Befestigung durch Schrauben in einem zentralen, leicht verschmutzenden Gewinderohr nicht, die Benutzung dieser Vorrichtung für die Behandlung von Steinen oder ähnlichen Werkstoffen ins Auge zu fassen.
Die Erfindung setzt sich die Aufgabe, die oben genannten Nachteile zu beheben, durch Schaffung einer neuen Maschine und einer neuen automatischen Werkzeugwechselvorrichtung, welche die ständige Überwachung der einwandfreien Ankopplung des Werkzeuges gestattet.
Gegenstand der Erfindung ist eine automatische Werkzeugwechselmaschine für Fräs-, Schleif- und Poliermaschinen vom Typ mit einem Werkzeugschlitten und einer Werkzeughalterspindel; diese Vorrichtung enthält:
a) einen ersten Teil, der mit der Werkzeughalterspindel fest verbunden ist und mit einem zweiten Antriebsteil zusammenwirkt, der mit dem Werkzeug verbunden ist, um das Werkzeug nach einer oder um eine Achse (A-A) anzutreiben;
b) einen dritten Teil, der mit dem Werkzeugschlitten fest verbunden ist und mit einem vierten Befestigungs- und Spannteil zusammenwirkt, das mit dem Werkzeug fest verbunden ist, zum Zweck ihrer gegenseitigen Verbindung,
dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Befestigungs- und Spannteil, der mit dem Werkzeug fest verbunden ist, einen Flansch oder eine Ausbildung enthält, die für die Einspannung bestimmt und radial außerhalb der Achse (A-A) angeordnet ist und mindestens zwei vorspringende Zentrierknaggen oder Ausbildungen in einer radialen Zwischenposition enthält und dadurch, daß der dritte fest mit dem Werkzeugschlitten verbundene Teil ein hydraulisches Spannmittel enthält, das sich einfügt und das sich unter dem besagten Flansch oder der Ausbildung einsetzt und stützt, um das Werkzeug beim Einspannen an die Spindel zu führen.
Nach den Ausführungsformen der Erfindung
- enthält der Befestigungs- und Spannteil, der mit dem Werkzeug fest verbunden ist, drei vorspringende Zentrierknaggen oder Ausbildungen, um eine Fügung vom Typ Ebene auf Ebene auszuführen und beim Spannen eine volle Stützung zu gewährleisten,
- sind der mit der Werkzeughalterspindel fest verbundene Teil und der mit dem Werkzeug fest verbundene Antriebsteil hohl, um den Durchlauf einer hydraulischen Schneidflüssigkeit zu gestatten,
- enthält der mit der Spindel fest verbundene Werkzeughalterteil einen Klauenkupplungskranz, und der mit dem Werkzeug fest verbundene Antriebsteil ein Ritzel entsprechender Form.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist wiederum eine Fräs-, Schleif- und Poliermaschine mit automatischem Werkzeugwechsel, vom Typ mit einer Antriebsspindel zum Antreiben eines Werkzeuges nach einer oder um eine Achse (A-A), dadurch gekennzeichnet, daß sie eine wie oben definierte Werkzeugwechselvorrichtung enthält.
Diese Maschine kann eine Steuerung der oben genannten Mittel nacheinander enthalten, die geeignet ist, die Spindel in Querbewegung nach der befragten Achse (A-A) zum Zentrieren und Immobilisieren anzunähern und dann zum Eingreifen der Antriebsmittel und dann für die Befestigung und Spannung des Werkzeuges.
Die Erfindung wird besser verständlich mit der nachfolgenden Beschreibung, die als Beispiel ohne Anspruch auf Vollständigkeit mitgeteilt wird, und durch die in der Anlage beigefügten Zeichnungen, in denen:
Abb. 1 schematisch eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Maschine zeigt,
Abb. 2 schematisch einen radialen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vor Kopplung des Werkzeuges zeigt.
Abb. 3 schematisch einen radialen Schnitt einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem angekuppelten Werkzeug zeigt.
Neben der Abb. 1 ist eine erfindungsgemäße Fräs-, Schleif- und Poliermaschine dargestellt, mit einem Werkzeughalterschlitten 1, der sich auf einem Portalkran 2 über der Stelle der zu behandelnden Steine 3 bewegt und dies auf einer überhöhten Bahn, bestehend aus einer festen Führungsschiene 4, auf einer Mauer 5, sowie einer zweiten Führungsschiene 6 oder einem ähnlichen Rollweg auf Bodenebene.
Ganz allgemein erfolgt der Antrieb des Portalkrans 2 auf der überhöhten Schiene 4 durch ein bekanntes Antriebsmittel, z. B. vom Typ Ritzel und Zahnschiene.
An einem Ende des Arbeitsraums befindet sich ein Magazin 7 mit den Werkzeugen 8, 9, 10 und 11 und zum Beispiel mit fünf Werkzeugplätzen, wie z. B. Schleifscheiben unterschiedlicher Körnungen.
Die mit einem Werkzeug 12, das mit einer oder mehreren Polierscheiben versehen ist, ausgerüstete Maschine vollzieht den Poliervorgang auf dem Block 3 und plaziert dann mit Hilfe der Bewegungen des Portalkrans und des Schlittens in den beiden horizontalen Fahrachsen, die im wesentlichen senkrecht zur Maschine ausgerichtet sind, den Schlitten 1 vertikal über den freien Platz 13.
Dann senkt sich durch die vertikale Bewegung des Werkzeugschlittens 14 die Werkzeughalterspindel 15, ungefähr bis zum Kontakt des Werkzeuges 12 mit der Stelle 13 nieder.
Die Öffnung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gestattet die Freigabe des Werkzeugs 12 an der Stelle 13.
Das Hochfahren des Werkzeugschlittens 14 und der Werkzeughalterspindel 15 und die Fahrbewegung des Schlittens zum Anordnen der Werkzeughalterspindel 15 über einem nächsten Werkzeug, z. B. dem Werkzeug 8, gestatten dann das Schließen der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit folgenden Schritten:
- der Werkzeugschlitten 14 wird langsam gesenkt, um das Werkzeug 8 in bezug auf die Spindel 15 zentrieren zu können, mit Hilfe der Positioniermittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich einerseits auf der Spindel 15 und andererseits auf dem Werkzeug 8 befinden;
- der Werkzeugschlitten 14 wird weiter abgesenkt, bis zum Eingreifen oder Einrasten der Antriebsmittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, einerseits auf der Spindel 15 und andererseits auf dem Werkzeug 8.
- nach dem Eingreifen oder Einrasten der Antriebsmittel betätigt oder schließt man die Kopplungs- oder Befestigungsmittel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die sich einerseits auf der Spindel 15 und andererseits auf dem Werkzeug 8 befinden.
Nach der Erfindung sind die Kopplungsmittel radial außerhalb der Antriebsmittel angeordnet, insbesondere bei einem Antrieb in Drehrichtung.
In den Abb. 2 und 3 wird eine Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, die wesentlich radial symmetrisch zur Achse AA ist.
Die Positionierungsmittel enthalten eine mit dem Werkzeug 8 solidarische Einheit, die mindestens zwei Zentrierknaggen 16 enthält, deren oberes Ende 16a kegelstumpfförmig ausgebildet ist, und eine mit der Werkzeughalterspindel 15 fest verbundene Einheit, die mindestens zwei Hülsen 17 enthält, die am Ende des Werkzeugführungsschlittens 14 angeschraubt oder befestigt sind, so daß die Zentrierung des Werkzeuges 8 beim Absenken des Führungsschlittens 14 automatisch durch das Eingreifen der Knaggen 16 in die Hülsen 17 gewährleistet wird.
Die Zentrierknaggen 16 sind vorzugsweise drei an der Zahl und wirken mit drei entsprechenden Hülsen 17 zusammen, um eine Annäherung Ebene auf Ebene auszuführen und beim Spannen eine einwandfreie ausgeglichene Stützung zu erzielen.
Die Drehantriebsmittel enthalten am Werkzeug 8 und an der Werkzeughalterspindel 15 einen äußeren Klauenkupplungskranz 18 und einen inneren Klauenkupplungskranz 19.
Die Verzahnungen der Klauenkupplungskränze 18 und 19 weisen relative Eingreifausbildungen auf sowie Eingänge der Zähne 18a und 19a, die schräg geschnitten sind, um das Eingreifen der Zähne des Ritzels in die des Zahnkranzes über die Spindel zu bewirken.
Nach der Ausrichtung und dem Eingreifen der beiden Klauenkupplungskränze 18 und 19 wird die Drehbewegung um die Achse A-A direkt an die Schleifscheibe 20 weitergegeben, die das Arbeitsteil des Werkzeuges 8 darstellt. Die Funktion des Drehantriebs ist auf diese Weise vollkommen unabhängig von der Zentrierfunktion und von der Kopplungsfunktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist integrierender Bestandteil einer erfindungsgemäßen Maschine: infolgedessen wird in diesem Fall die Planung der Vorrichtung und der Maschine vom Beginn der Planungsphase an gleichzeitig vorgenommen.
Die Erfindung betrifft allerdings auch vorteilhafte Vorrichtungen, die sich an vorhandene Maschinen anpassen lassen, in denen das Schleifen einer Oberfläche durch Verwendung mehrerer Scheiben (zum Beispiel fünf) unterschiedlicher Körnungen erzielt wird, die in einer vorgegebenen Reihenfolge manuell ein- und ausgebaut werden.
Durch die Anpassung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es jetzt möglich, einen automatischen Werkzeugwechsel an Maschinen des früheren Stands der Technik vorzunehmen, zum Beispiel Schleif- und Poliermaschinen mit manueller Befestigung der Werkzeuge, die unter der Bezeichnung T501 von der Firma nach französischen Recht THIBAUT hergestellt werden.
Zu diesem Zweck montiert man auf den unteren Flansch 21 der Spindelwelle 22 den Zahnkranz 23 mit einer inneren Klauenkupplung mit der Befestigungsschraube 24 und montiert auch am unteren Teil des Werkzeugschlittens 14 einen Sockel 25 mit Hilfe geeigneter Schrauben.
Der Sockel 25 enthält drei feste Zentrierhülsen 17, die mit den Knaggen des zu montierenden Werkzeugs vor dem Spannen zusammenwirken, um das Werkzeug zu blockieren und zu zentrieren.
Auf der Seite des Sockels 25 und allgemein in einer radial äußeren Position bezogen auf die Achse A-A montiert man nun mit den angeschraubten Winkeln 27 Zylinder oder hydraulische Spannblöcke 28, deren Aufgabe es ist, die Spannmittel 29 um eine Viertelumdrehung zu schwenken, zwischen einer ersten Position, die annähernd eine Tangente zu einem Zylinder der Achse A-A darstellt, und einer zweiten Position, die annähernd radial zur Achse A-A verläuft.
Die Spannmittel 29 bestehen vorzugsweise aus sehr dicken Klötzen, die jeweils mit einem kreisförmigen Stütz- und Hebellager 30 verbunden sind. Diese Klötze sind mit der Kolbenstange fest verbunden, die auf- und abwärts fährt und sich um 90º schwenkt.
Auf dem Werkzeug oder der Schleifscheibe 8 des früheren Stands der Technik montiert man nun eine Einheit, die einen festen Teil enthält, der sich mit dem Werkzeugschlitten 14 fest verbinden läßt, und einen drehbar montierten Teil auf der zentralen Werkzeugwelle, der geeignet ist, sich von der Spindelwelle 21 über die Zahnkränze der Klauenkupplung 18 und 19 antreiben zu lassen.
Der feste mit dem Werkzeugschlitten 14 verbindbare Teil enthält einen Halteflansch 31, der aus einer dicken Platte hergestellt ist, zum Beispiel nach einer kreisförmigen oder anderen Kontur, eine Anzahl Zentrierknaggen 16, die den oben genannten Zentrierhülsen 17 entsprechen, und eventuell einen unteren Flansch 33 der das Absenken im Kontakt mit dem Werkzeug begrenzt und die Abstützung auf der Stelle, die dem Lager 7 entspricht, gewährleistet.
Ein Nähedetektor 34 zeigt die Anwesenheit eines Werkzeugs in der Maschine an.
In der radial unteren Position montiert man drehbar über ein Wälzlagerpaar das Werkzeug 8, an dessen Flansch man einen äußeren Ritzel 35 mit Hilfe der vorstehenden Schrauben 36 montiert.
Die Spindelhalterwelle 21 und das Werkzeug 8 sind vorteilhaft hohl, um eine starke, zentrale, gut verteilte Berieselung zu ermöglichen. Erfindungsgemäß sind die Zahnkränze der Klauenkupplung außen 23 und innen 35 ebenfalls hohl und enthalten z. B. eine mittige Durchbohrung 37 für den Durchfluß einer reichlichen Menge Schneidflüssigkeit. Die mittige Bohrung ist mit einer entsprechenden Dichtung 38 versehen, die am besten mit dem äußeren Zahnritzel 35 fest verbunden ist.
Bezogen auf die bekannten Maschinen mit automatischem Werkzeugwechsel und zentraler Befestigung wird der Berieselungsdurchfluß erheblich erhöht und in keiner Weise verringert, im Vergleich zu Maschinen mit manueller Befestigung nach dem früheren Stand der Technik, und dies ohne Änderung der Spindelwelle.
Außerdem gestattet der große Durchmesser der Zahnkränze der Klauenkupplung 23 und 35 die Weitergabe wesentlich größerer Momente als bei den bisher bekannten Maschinen.
Die zur Abb. 1 beschriebene Funktionsweise kann in einer vorteilhaften Variante folgenden Schritt enthalten: nach der vertikalen Absenkung, die der Immobilisierung und der Zentrierung durch Zusammenwirken der Knaggen 16 mit den Hülsen 17 entspricht, und dann nach dem Eingreifen und dem Halt der Klauenkupplungszahnkränze, innen 35 und außen 23, zeigt ein Nähedetektor 34 das Vorhandensein eines Werkzeugs an. Die Hydraulikblöcke 28, die dem Hydraulikdruck ausgesetzt sind, bewirken das Schließen der Vorrichtung und das Einspannen des Werkzeuges 8 auf der Maschine durch die Klötze 29, die sich um eine Viertelumdrehung in eine radial innere Position wenden und das Werkzeug 8 auf der Werkzeughalterspindel 21 und auf den Hülsen 17 des Sockels 25 gleichzeitig anheben und einspannen.
Die Maschine ist nun zur Bearbeitung bereit und die Befestigung des Werkzeuges wird vom induktiven Detektor oder analogen Anwesenheitsanzeiger 34 ständig überwacht, so daß die Anwesenheit eines Werkzeugs auf der Maschine erkannt wird.
Die für Maschinen mit vertikaler Spindel beschriebene Erfindung gilt auch für alle Maschinen und Werkzeugmagazine mit schräger oder horizontaler Achse: wichtig ist nur, daß in diesen Maschinen die Annäherung und Befestigung des Werkzeuges durch einfache Fahrbewegung, dann durch Drehen der radial zur Werkzeugachse äußeren Befestigungsmittel erfolgt, wobei diese Befestigungsmittel so ausgebildet sind, daß sie das Werkzeug beim Anpassen zur Spindel hin bewegen.

Claims

1) Automatische Werkzeugwechselvorrichtung für Fräs-, Schleif- und Poliermaschine, vom Typ mit einem Werkzeugschlitten (14) und einer Werkzeughalterspindel (15); wobei diese Vorrichtung enthält:

a) einen ersten mit dem Werkzeughalter (15) fest verbundenen Teil (23), der mit einem zweiten, mit dem Werkzeug (8) fest verbundenen Antriebsteil (35) zusammenwirkt, um das Werkzeug (8) nach einer oder um eine Achse (A-A) anzutreiben.

b) einen dritten, mit dem Werkzeugschlitten (14) fest verbundenen Teil (17), der mit einem vierten, mit dem Werkzeug (8) fest verbundenen Befestigungs- und Spannteil (16, 31) zusammenwirkt, so daß sich diese Teile gegenseitig halten,

dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Teil (16, 31) für die Befestigung und Einspannung, der mit dem Werkzeug (8) fest verbunden ist, einen Flansch oder eine Ausbildung (31) enthält, die für das Einspannen radial außerhalb ausgehend von der Achse (A-A) bestimmt ist und mindestens zwei Zentrierknaggen oder vorspringende Ausbildungen (16) in einer radial mittleren Position enthält, und dadurch, daß der dritte, mit dem Werkzeugschlitten (14) fest verbundene Teil ein hydraulisches Schmiermittel (28) enthält, das am besagten Flansch oder an der Ausbildung (31) eingreift und sich darauf stützt, so daß das Werkzeug (8) beim Anspannen zur Spindel (15) hin bewegt wird.

2) Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Werkzeug (8) fest verbundene Befestigungs- und Spannteil drei Zentrierknaggen oder Vorsprünge (16) enthält, um eine Annäherung vom Typ Ebene auf Ebene und eine einwandfreie Abstützung beim Anspannen zu erreichen.

3) Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Werkzeughalterspindel (15) fest verbundene Teil (23) und der mit dem Werkzeug (8) fest verbundene Antriebsteil (35) hohl sind, um das Durchfließen einer hydraulischen Schneidflüssigkeit zu ermöglichen.

4) Vorrichtung nach einem beliebigen der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mit der Werkzeughalterspindel (15) fest verbundene Teil einen Klauenkupplungszahnkranz (19) und der mit dem Werkzeug (8) fest verbundene Antriebsteil ein Ritzel (18) entsprechender Form enthält.

5) Fräs-, Schleif- und Poliermaschine mit automatischem Werkzeugwechsel, vom Typ mit einer Antriebsspindel zum Antreiben eines Werkzeugs nach einer oder um eine Achse (A-A), dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Werkzeugwechselvorrichtung nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4 enthält.

6) Maschine gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maschine eine aufeinanderfolgende Steuerung der oben genannten Mittel enthält, die geeignet ist, die Spindel in Fahrbewegung nach der besagten Achse (A-A) zum Zentrieren und Blockieren (16, 17) und dann zum Eingreifen der Antriebsmittel (18, 19) und dann zum Befestigen und Einspannen des Werkzeugs (29, 31) enthält.

Abb. 1

Abb. 2

Abb. 3